Цивилизация
— Ольга, когда мы с вами разговариваем, в Москве уже полдня идет проливной дождь. Климатологи говорят, что глобальное потепление должно сопровождаться экстремальными погодными явлениями. Это как раз такой случай?
— Да. Но здесь есть большая неопределенность, какие осадки считать экстремальными. Если мы говорим, что в Москве выпало 70% месячной нормы, то все эти нормы (августовская норма Москвы — 77 мм) устанавливались достаточно давно, в середине XX века, когда был совсем другой климат и увеличение температуры не было таким сильным. Сейчас климат меняется, и у нас происходит — и это очевидный факт — повсеместное увеличение температуры. И когда климатическая система выходит из равновесия — а сейчас достоверно установлено, что деятельность человека оказывает на это большое влияние, — все компоненты этой системы начинают вести себя по-другому.
Академик Обухов называл это «нервозностью» климата: вывели из равновесия один компонент, и за ним пошли остальные.
Осадки — характерный пример. Мы все чаще слышим, что вновь побит очередной рекорд наблюдений. При этом нужно учитывать, что и сама норма осадков также меняется. Среднее количество осадков увеличивается во многих районах. С ростом температуры увеличивается испарение влаги с поверхности океана, и атмосфера может удерживать больше водяного пара. Однако это еще не значит, что осадки также увеличатся. Чтобы водяной пар стал водой, необходимо, чтобы температура воздуха понизилась и произошла конденсация, это может произойти при вертикальном подъеме воздуха. Вертикальный подъем воздуха происходит во фронтальных системах циклонов и при конвективном подъеме теплого воздуха (что наблюдается в основном летом). И это еще не все, так как вода, находящаяся в атмосфере, еще не является осадками.
Осадки — это вода, достигшая поверхности земли. Для этого в атмосфере должны присутствовать мельчайшие объекты, так называемые ядра конденсации, на которых молекулы воды могли бы собираться в капли, это могут быть аэрозоли, пыль и другие твердые частицы. И наконец, эти капли должны быть достаточно большими, чтобы долететь до земли и не испариться по пути. Если какие-то из этих параметров изменяются, изменяется и интенсивность выпадения осадков. С потеплением климата связано изменение траекторий циклонов, которые приносят больше влаги, и теперь все чаще возникают опасные южные циклоны, проникающие глубже на север.
Это мы и наблюдаем сейчас в Москве — выход юго-восточного циклона, который принес много влаги.
Так сложились условия, что он смог донести эту влагу до Москвы и быстро и мощно вылить ее. Сочетание таких условий случается все чаще и чаще.
— Сколько лет мы наблюдаем усиление экстремальных осадков?
— Минимум последние 50 лет — это тот период, за который у нас есть достоверные измерения осадков. Это не произошло вчера или несколько лет назад. Увеличение интенсивности экстремальных осадков происходит на фоне глобального потепления климата. Интересно отметить, что увеличивается не только интенсивность экстремальных осадков, но и продолжительность периодов, за которые они выливаются.
— Вы опубликовали десяток статей, посвященных анализу экстремальных осадков. Наука о погодных экстремумах новая?
— Интерес к анализу экстремальных явлений в климатическом аспекте возник и развился в последние лет десять, когда мы стали чаще наблюдать такие события. Здесь широко применяются теория вероятности и математическая статистика, где есть особый класс экстремальных распределений, с помощью которых мы оцениваем вероятность наступления того или иного события в определенный период времени. Вообще же, наука об «экстримах» была широко развита в различных инженерных и прикладных областях.
Например, вы хотите построить дамбу на реке или нефтяную платформу в море и вам надо знать, насколько прочными они должны быть.
Помимо чисто технических параметров, это определяется также максимально возможными значениями природных явлений (размерами осадков или высотой волн) за период эксплуатации ваших объектов. В применении же к климату это довольно новая область науки.
— А ведь экстремальные погодные условия — это не только осадки?
— Конечно, это и скорость ветра, и многие другие явления. Сюда же относятся наводнение и засуха, мороз и волны тепла. Кстати, в России одновременно наблюдается увеличение продолжительности засухи и периодов с экстремальными осадками,
что говорит об общем усилении экстремальности климата.
— Что является количественным мерилом экстремальных осадков?
— Хороший вопрос и очень сложный. Во-первых, нет общепринятого определения, какие осадки считать экстремальными. Существует несколько подходов к тому, как выделить именно экстремальные осадки из всех наблюдающихся дождей. Первый подход: мы смотрим на последствия этих осадков. Если дождь небольшой, но из-за него смыло мост, то это экстремальное событие, так как возник ущерб.
Однако собрать информацию о таком ущербе за 40–50 лет практически невозможно. Более математический подход состоит в анализе рядов измерений осадков.
Если у нас есть измерения осадков за какой-то период, то мы различными статистическими методами можем выделить из этого ряда наиболее сильные явления. Самый простой способ — сказать, что все осадки выше, например, 30 мм в сутки экстремальные. Но климат в разных районах разный, и одно и то же значение не может быть использовано везде: для Москвы порог будет одним, в горах на Кавказе — другим, в Индии — третьим.
В таких случаях мы строим распределение осадков и смотрим значение осадков с 95-процентной повторяемостью, все, что больше, то есть 5%, — это будут экстремальные осадки. Так определяют так называемые абсолютные значения экстремальных осадков.
Есть и другие параметры, например относительные значения экстремальных осадков, возвратные значения и периоды и многое другое, — это целая наука.
— Учащение экстремальных осадков наблюдается равномерно по планете и во времени?
— Нет, тут есть особенности. Если посмотреть на картину глобальных трендов, которую показывает межправительственная группа экспертов IPCC, мы увидим палитру сине-красных цветов. Если говорить про Россию и Европу, то наблюдается в основном положительный тренд — экстремальные осадки увеличиваются.
Если говорить об Арктике, то там они уменьшаются. Если же говорить об изменениях экстремальных осадков в разные сезоны года, то здесь тоже картина весьма неоднородная. Например, в Германии зимой наблюдаются очень сильные положительные тренды экстремальных осадков, а летом они отрицательные, в среднем же за год изменений мы не увидим. Это происходит из-за того, что зимой и летом осадки связаны с разными механизмами.
Зимой они связаны с циклонами, летом это в основном конвективные процессы, нагрев воздуха, подъем и конденсация влаги, которые по-разному меняются с увеличением температуры.
— А собственно, с какими физическими причинами связывают потепление климата и учащение экстремальных осадков?
— Я говорила об этом вначале: существуют фронтальный и конвективный механизмы формирования осадков. При увеличении температуры изменяются траектории циклонов, приносящих нам осадки, и циклоны могут донести до нас больше влаги, чем раньше. Осадки, связанные с циклонами, выпадают чаще зимой.
Летом в основном выпадают конвективные осадки — это сильные ливни, выпадающие относительно быстро, часто сопровождающиеся грозами.
Кстати, при потеплении процессы конвекции также усиливаются, и мы видели это этим летом — в Москве было много сильных гроз. Именно конвективные осадки мы чаще всего относим к экстремальным.
— Кстати, в конце июля почти каждый вечер в Москве шли дожди, которые напоминали тропические ливни, они тоже относились к экстремальным?
— Это все конвекция, и относились ли они к экстремальным, можно будет сказать через год, когда у нас будет ряд наблюдений за весь 2016 год.
— Можем ли мы сейчас предсказывать выпадение экстремальных осадков в определенных районах планеты?
— Конечно, этим и занимается огромный раздел науки — климатическое моделирование.
Но климатическая модель никогда не скажет, что 20 июля 2020 года в Москве выпадут осадки в 100 мм.
Она может сказать, что будет тенденция к увеличению интенсивности экстремальных осадков с некоторой вероятностью.
— Где ожидать экстремальных осадков в России?
— По России ожидается увеличение экстремальных осадков на 3–4% в десятилетие, но не повсеместно. Например, сейчас выше 60 градусов северной широты, в Арктике, наблюдаются отрицательные тренды осадков, то есть их уменьшение. Однако климатические модели прогнозируют сильное увеличение количества осадков в Арктике. В Центральном регионе наблюдается повышение, самые мощные положительные тренды наблюдаются в Сибири, Забайкалье и на Дальнем Востоке, а также в горах. Кроме значений экстремальных осадков увеличиваются также общая интенсивность и их продолжительность.
— Верно ли наблюдение, что в последнее время погода стала меняться периодами: то жара +30 градусов держится две недели, то столько же дней подряд холод?
— Нового в этом ничего нет, это очень характерно для Москвы. Если смена погоды по десять раз на дню характерна для Петербурга, где морской климат, то для Москвы, где умеренно-континентальный климат, нормальная ситуация, когда стоит неделя жаркой погоды. Куда более интересно, что в последнее время у нас происходит смещение сезонов — позже наступает весна, лето становится короче. И есть такой нехороший прогноз,
что мы можем прийти к климату вечной весны или осени, как вам больше нравится, с дождями и пасмурной погодой, без разделения сезонов.
— Если климат Земли напоминает некую систему, которая идет вразнос, то есть ли механизмы, препятствующие дальнейшему раскачиванию, или экстремальные проявления так и будут увеличиваться с ростом температуры?
— Механизмы, конечно, есть. Климатическая система, как и всякая другая сложная природная система, саморегулируема и всегда стремится к равновесию. Человек в последнее время достаточно серьезно влез в эту систему. И хотя модели предсказывают увеличение экстремальных событий и общей «нервозности» климата, в климатической системе есть много малоизученных механизмов, так называемых feedbacks (обратных связей), способных регулировать эту систему.